Máster en Enxeñaría Química e de Bioprocesos

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Obtención de oleogeles de aceite de oliva empleando quitosano de diferente peso molecular
(2025-06-25) Mosquera Lorenzo, Álvaro; Universidade de Santiago de Compostela. Escola Técnica Superior de Enxeñaría; Sineiro Torres, Jorge; Franco Ruiz, Daniel
Las restricciones gubernamentales aplicadas a las grasas trans y saturadas artificiales conjunto a un cambio de conciencia en la población sobre una dieta saludable y equilibrada a obligado a la industria alimentaria a buscar sustitutos a estos ingredientes tradicionales. En este contexto surgen los oleogeles. Estos consisten en aceite vegetal o animal estructurado gracias a la acción de un gelificante el cual lo retiene en una matriz molecular provocando que adquiera un comportamiento de gel, siendo similar a las grasas en términos de textura y sensación en boca, pero con el perfil nutritivo mejorado. En el presente TFM se estudiará la influencia de quitosano con alto y bajo peso molecular en oleogeles de aceite de oliva elaborados mediante el método indirecto. Para ello se realizarán dos diseños experimentales independientes por tipo de quitosano atendiendo a la concentración de gelificante en el oleogel final y a la relación oil in water. Además, se estudió la influencia del uso de distintos aldehídos que producen conjunto al quitosano una reacción de Schiff que ayuda a conformar una mejor matriz molecular la cual provoca una mejora en las propiedades fisicoquímicas de los oleogeles. Los principales resultados se corresponden con los estudios microscópicos de la emulsión precursora y a los parámetros característicos de los oleogeles: color, textura y retención de aceite, así como su estudio reológico. Estos serán analizados mediante la metodología de Superficie de Respuesta. Como principales resultados se obtuvo que el empleo de 4-hidroxibenzaldehido confiere a los oleogeles mejores capacidades de retención de aceite, así como, acorta el proceso de secado de las emulsiones precursoras. Por otro lado, tanto el quitosano de bajo peso molecular como el de alto se comportan de manera muy distintas, lo que provoca la obtención de oleogeles con diferentes propiedades fisicoquímicas que podrán ser empleados en la industria alimentaria con diversos fines.
Valorización de materiales lignocelulósicos como ligantes para la generación de emulsiones bituminosas sostenibles
(2023-02) Ares Sainz, José Luis; Universidade de Santiago de Compostela. Departamento de Enxeñaría Química; González Álvarez, Julia; Freire Leira, María Sonia; Castro López, María Mar
El uso de residuos como materia prima puede resultar de interés económico y ambiental en el desarrollo de nuevos materiales para el sector de la construcción. En este sentido, el presente documento aborda el desarrollo de alternativas sostenibles a partir de lignina técnica Kraft procedente de la industria de pulpa y papel para la sustitución total o parcial de ligantes de emulsiones bituminosas. Los resultados mostraron que las reacciones planteadas en las condiciones de operación seleccionadas modifican satisfactoriamente la estructura de la lignina. Se obtuvieron modelos de cálculo para el IOH que permiten predecir satisfactoriamente el valor esperado de este parámetro en función de las condiciones de reacción. En lo que respecta a la maximización de los grupos hidroxilo la oxilopropilación ha mostrado mejores resultados frente a la oxialquilación, pese a ser esta última una mejor alternativa desde el punto de vista ambiental y de seguridad operativa. Por otra parte, el estudio económico señala las dificultades relativas a la introducción de los ligantes a partir de lignina en el mercado, debido a su alto coste asociado al precio de compra de las materias primas.
Modelización Termodinámica del almacenamiento de hidrógeno en materiales carbonosos microporosos
(2023-06) Guajardo Gutiérrez, Felipe; Universidade de Santiago de Compostela. Departamento de Enxeñaría Química; Rodríguez Martínez, Héctor; García Carmona, Ximena; Mejía Matallana, Andrés
El objetivo general de este trabajo es modelar la adsorción de hidrógeno en sólidos carbonosos microporosos utilizando un enfoque basado en la termodinámica, aplicándolo a fluidos puros y mezclas binarias
Capacidad de adsorción de cationes de las sustancias poliméricas extracelulares obtenidas desde lodos sanitarios
(2022-06) Gutiérrez Espinoza, Javiera Francisca; Universidade de Santiago de Compostela. Escola Técnica Superior de Enxeñaría; Garrido Fernández, Juan Manuel; Roeckel Von Bennewitz, Marlene Doris
El lodo sanitario constituye un residuo con alta carga orgánica y organismos patógenos, requiriendo tratamiento para su disposición final. Actualmente Biodiversa S.A. se encarga de la gestión de 83.049 toneladas de lodo al año, fracción que se trata con cal, obteniendo lodo de clase B (es decir, con contenido de coliformes fecales inferior a 2x106 unidades/g sólidos totales) para disposición en rellenos sanitarios o predios forestales. En este trabajo, se planteó la extracción de sustancias poliméricas extracelulares (EPS) del lodo y se evaluó la capacidad de biosorción de cationes Cu2+, Pb2+, Cd2+, La3+, Ce3+ y Nd3+ y desorción de los primeros tres metales. Se empleó el método de extracción de EPS con NaCl 0,85% m/m en proporción 1:1 con lodo, a pH=12, para aumentar la solubilidad de las proteínas y de los polisacáridos que lo componen, de lo que se obtuvo un rendimiento de extracción de 3,33 kg EPS/t lodo (base húmeda, BH), con una capacidad de adsorción de hasta 441,5 mg Cu/g EPS; 1124,7 mg Pb/g; 417,6 mg Cd/g; 310,5 mg La/g; 287,8 mg Ce/g; 223,2 mg Nd/g. Cobre y cadmio presentaron un ajuste a cinética de pseudo-primer orden y plomo a pseudo-segundo orden. La isoterma de Langmuir se ajustó a los datos de Cu2+, Pb2+ y Cd2+. Se obtuvo un proceso de adsorción endotérmico entre 10°C y 30°C. El estudio económico indica una disminución del costo de tratamiento de lodo desde 23 USD/t lodo (tratamiento actual de Biodiversa S.A. con adición de cal) a 2,1 USD/t lodo, al reemplazar el tratamiento actual por tratamiento por extracción de EPS, además se obtiene lodo clase A, que es un lodo sin restricciones sanitarias para aplicación al suelo. Las utilidades netas por recuperación de neodimio con EPS corresponden a 181.057 USD/año. Se mejoró el proceso de extracción reemplazando el uso de solución de NaCl 0,85% m/m, por adición directa de sal al lodo, con lo que se consiguió una disminución del costo de tratamiento por extracción de EPS desde 2,1 USD/t lodo a 0,732 USD/t lodo, que se concluye como proceso óptimo de extracción de EPS. Los resultados de este trabajo permiten desarrollar un proceso de economía circular en la gestión de lodos, donde el lodo corresponde a la materia prima para el desarrollo de un material sorbente de origen orgánico.
Optimización de la producción de biobutanol mediante fermentación ABE utilizando bagazo de manzana como sustrato
(2021-06) Bravo Venegas, Javier; Universidade de Santiago de Compostela. Escola Técnica Superior de Enxeñaría; Eibes González, Gemma María; Lu Chau, Thelmo Alejandro
Debido al posible agotamiento de los recursos fósiles y la contaminación que se genera al ser empleados como fuente de energía se ha incrementado el interés en producir combustibles alternativos, como el biobutanol, a partir de fuentes renovables como la biomasa. El bagazo de manzana (BM) corresponde a un residuo lignocelulósico de la industria de zumos y sidra que puede revalorizarse en una biorrefinería multiproducto para generar compuestos nutracéuticos, enzimas y butanol, este último mediante la fermentación acetona-butanol-etanol (ABE) debido a su alta concentración de azúcares aprovechables por bacterias del género Clostridium. Diversos factores ambientales influyen en la cantidad de butanol producida y sólo a ciertas condiciones se logra evitar el indeseable acid crash, caracterizado por un detenimiento total del crecimiento celular y la producción de solventes. El propósito de este estudio es optimizar la concentración de butanol empleando hidrolizado de BM como sustrato, para ello se llevó a cabo un diseño experimental Box-Behnken (DBB) considerando las variables pH (5-7), concentración de CaCO3 (2- 8 g/L) y temperatura (30-40 °C) para los cultivos de C. beijerinckii CECT 508. Mediante regresión lineal se obtuvo un modelo matemático de la fermentación que se representó mediante la metodología de superficie de respuesta (RSM) obteniendo las condiciones óptimas de pH 7, 8 g/L de CaCO3y 30 °C que estimaron 12,06 g/L de butanol. El experimento de verificación a condiciones óptimas alcanzó 11,46 g/L de butanol lo que validó el modelo. Experimentos complementarios demostraron que fuera de la región de estudio no se produjeron incrementos en la variable respuesta lo que comprobó el óptimo obtenido. La concentración de butanol alcanzada fue cercana al límite máximo de inhibición, esto demostró que el BM es un sustrato apropiado para la producción de ABE
Novos solventes químicos para procesos de captura/rexeneración de co2
(2015-02) Muñiz-Mouro, Abel; Universidade de Santiago de Compostela. Escola Técnica Superior de Enxeñaría; Navaza Dafonte, José Manuel; Gómez Díaz, Diego
No presente Traballo Fin de Máster realizouse un estudo sobre o proceso de captura/rexeneración de dióxido de carbono (CO2) por absorción en distintos disolventes químicos non empregados comunmente a nivel industrial. Establecéronse comparacións entre o uso de N,N‑Dimetiletilendiamina (DMEN) e o uso dunha mestura de etanolamina (MEA) e N,N-Dimetiletanolamina (DMEA) no proceso de absorción de CO2, podendo así analizar a influenza da composición do disolvente, tendo en conta que estes compostos aportan a mesma concentración dos mesmos grupos amino. Asemade establecéronse comparacións entre o uso dunha mestura de MEA e DMEA cunha relación equimolar de ambos compostos fronte a unha mestura cun 83.3% dos grupos amino procedentes de MEA. Os diferentes mecanismos de absorción de CO2 determináronse empregando a espectroscopía de resonancia magnética nuclear de hidróxeno e carbono para determinar as especies presentes no medio ao longo do tempo. A maiores, realizáronse experimentos de captura/rexeneración de CO2 en continuo que permitiron analizar o proceso completo e identificar a capacidade de rexeneración dos disolventes estudados, así coma a posible existencia de degradación do disolvente.
Diseño de una planta piloto de pirólisis rápida para la obtención de bio-óleo a partir de biomasa lignocelulósica
(2017-02) Domínguez Negreira, Saúl; Universidade de Santiago de Compostela. Escola Politécnica Superior de Enxeñaría; Vidal Tato, María Isabel
El objetivo principal de este proyecto es el Diseño de una Planta Piloto de Pirólisis Rápida para la Obtención de Bio-óleo a partir de Biomasa Lignocelulósica a nivel de ingeniería conceptual-básica. La capacidad de producción para el diseño es de 200 kg/h de biomasa seca. Se analizará en detalle el producto y el proceso para evitar problemas de operación y obtener un producto de calidad elevada. Para esto se aplicarán los conocimientos (actualizados) adquiridos en el “Grao en Enxeñaría Química” y el “Máster en Enxeñaría Química e Bioprocesos” de la Universidad de Santiago de Compostela, incorporando el conocimiento actual sobre la pirólisis rápida, el bioaceite y el proceso en general (a través de la consulta bibliográfica) y utilizando nuevos recursos (en especial las hojas de cálculo y los simuladores de proceso).
Estudio de catalizadores nanoestructurados como sistemas de oxidación avanzada para la eliminación de microcontaminantes en aguas residuales
(2019-07) González-Rodríguez, Jorge; Universidade de Santiago de Compostela. Escola Técnica Superior de Enxeñaría; Moreira Vilar, María Teresa; Fernández Fernández, Lucía
Los métodos convencionales de tratamiento de aguas residuales solo eliminan parcialmente algunos de los contaminantes presentes en ellas, lo que representa una amenaza para la salud pública y el medio ambiente. En este contexto, los procesos de oxidación avanzados (AOPs), como la fotocatálisis y las reacciones foto-Fenton, se presentan como tecnologías más robustas, capaces de degradar la materia orgánica más resistente a otros métodos. En el ámbito de la fotocatálisis con semiconductores nanoestructurados, la deposición de clústeres de plata sobre la superficie de nanopartículas de ZnO mejora el aprovechamiento de la radiación incidente (tanto visible como ultravioleta), mejorando de esta forma las cinéticas. En el campo de las reacciones Fenton y foto-Fenton, el empleo de magnetita nanoestructurada como catalizador heterogéneo proporciona ventajas significativas de cara a su aplicación en un proceso industrial, ya que facilita su separación. Además, mediante modificaciones estructurales de estas nanopartículas se pueden mejorar los rendimientos obtenidos. Por otro lado, son también conocidas las ventajas de la irradiación con luz ultravioleta y/o visible sobre los procesos Fenton, aumentando la eficiencia de degradación de los compuestos objetivo. En el presente trabajo se han abordado el estudio y el desarrollo de tecnologías de fotocatálisis, Fenton y foto-Fenton, usando catalizadores nanoestructurados de diferente naturaleza, según sus propiedades catalíticas y fotoquímicas. La estrategia de la investigación ha consistido en un screening inicial para la identificación de los catalizadores con mayor potencial considerando su futura implementación en AOPs, así como la elección de contaminantes modelo apropiados para una correcta evaluación de las cinéticas y rendimientos de degradación. Mediante un diseño de experimentos Box-Benhken se han valorado las condiciones de reacción más favorables, para luego extrapolarlas a una matriz de mayor volumen, investigando también los ciclos de reúso de los catalizadores. Además, el efecto matriz en muestras de agua reales ha sido considerado para obtener una perspectiva más aproximada a una futura aplicación industrial.
Air drying of fucus vesiculosus seaweed and its effect on phytochemical characteristics of aqueous extracts
(2015-02) Sexto Cancela, Santiago Gabriel; Universidade de Santiago de Compostela. Escola Técnica Superior de Enxeñaría; Moreira Martínez, Ramón Felipe; Sineiro Torres, Jorge
The purpose of this study was to determine the effect of air drying at four different temperatures (35, 50, 60 and 75ºC) on drying kinetics at different configurations (deep-bed and thin layer) and properties of dried Fucus vesiculosus seaweed and the phytochemical constituents of its aqueous extracts. Water adsorption and desorption isotherms were also determined at four different temperatures (5, 25, 45 and 65ºC). Different models (GAB, BET, Caurie, Halsey and Oswin) were tested for water sorption isotherms modelling. Halsey model showed the best fit for all water sorption isotherms. In the case of drying kinetics modelling for deep-bed configuration, bibliographic models were tested (Newton, Henderson-Pabis, Logarithmic, Two-Term, Weibull, Page and Modified Page). Page and modified Page models were selected as the most adequate under statistical analysis criteria. Thin layer dyring kinetics of F. vesiculosus showed a constant rate period and falling rate period at all drying temperatures tested. Critical moisture content increased with drying temperature. For post-critical period, Fick’s second law equations were successfully applied and allowed the determination of effective coefficients of diffusion of water, which increased with drying temperature (from 95·10-12 up to 260·10-12 m2/s). This water effective diffusivities were estimated considering the shrinkage of samples. The shrinkage analysis indicated that real shrinkage was larger than ideal shrinkage (evaluated by means of water loss). Effect of different load densities (from 1.25 up to 14.88 kg/m2) was studied at 75ºC and a linear correlation between load density and drying time was achieved. Dried seaweed at 75ºC exhibited the largest colour differences. Seaweed powders previously dried at 35, 60 and 75ºC exhibited an appreciable yellow-tone coloration, whereas system dried at 50ºC presented a greenish coloration. F. vesiculosus extracts were obtained performing aqueous ultrasound assisted extractions. Two key extraction parameters (from 20 to 40 (g/g) liquid/solid ratio and contact time from 4 to 20 minutes) on the extraction yield of three bioactive compounds (polyphenols, carbohydrates and alginates) were studied for the system dried at 35ºC. The effect of drying temperature on antioxidant activity and the yield of bioactive compounds was studied by means of extractions performed at optimized L/S ratio of 30 (g/g) and contact times of 4 minutes for all dried systems. Maximum phenolic content (1738 mg PHL/100 gdw) and antioxidant activity (measured by means of DPPH radical scavenging activity, 57%) were obtained for the system dried at 35ºC and declined significantly with drying temperature. Higher drying temperatures had a positive effect on alginate extraction yield (2069 mg GLU/100 gdw). Total phenolic content of extracts from different particle size fractions of dried F. vesiculosus powder was determined. Maximum phenolic content was attained at intermediate fractions 80-200 μm (2272 GLU/100 gdw).
Modelado do ciclo do xofre en post-tratamentos de efluentes de reactores anaerobios
(2018-07) Liñares Lamas, Alberto; Universidade de Santiago de Compostela. Escola Técnica Superior de Enxeñaría; Garrido Fernández, Juan Manuel; Mauricio Iglesias, Miguel
Neste Traballo Fin de Máster realízase unha modificación dun modelo matemático que simula o funcionamento dun sistema MBR (Biorreactor de membranas) para o post-tratamento dos efluentes dun reactor anaerobio UASB que trata augas residuais urbanas en Cartagena (Murcia). O modelo cuantifica os principais procesos físicos e biolóxicos que teñen lugar en augas con estas características. Descríbese a eliminación biolóxica de materia orgánica, nitróxeno e metano (importante Gas de Efecto Invernadoiro (GEI)), así como o importante papel desempeñado polo sulfuro de hidróxeno presente no proceso. Para realizar a calibración do modelo tomáronse os datos experimentais de amonio, nitrato, metano disolto, sulfuro de hidróxeno e sulfato en cámaras tanto aerobia como anóxica do MBR medidos entre xullo do ano 2016 e xuño de 2017. A continuación o modelo validouse comparándoo cos datos experimentais obtidos entre xuño e setembro de 2017. Os resultados do calibrado e da validación demostran que o modelo matemático desenvolvido reproduce axeitadamente os datos experimentais. Isto confírelle unha capacidade de predición suficiente para poder ser aplicado no deseño e dimensionamento de novas plantas. Co modelo calibrado realizouse unha análise das variables de operación que garantiran unha boa eliminación de metano e nitróxeno, ademais de indicar cales deberían ser os valores de cada unha delas que permitisen o bo funcionamento da operación. Dado que pode haber variacións na concentración de contaminantes que entren ao post-tratamento estudado, será aconsellable implementar lazos de control que garantan a robusteza do sistema, sendo capaz de amortiguar estes cambios sen alterar o proceso.

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